JP4665354B2

JP4665354B2 - 部品実装装置のキャリブレーション方法およびキャリブレーション治具

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Publication number: JP4665354B2
Application number: JP2001218782A
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Inventors: 勝彦大野; 文芳西勝
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Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2011-04-06
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は部品実装装置のキャリブレーション方法およびキャリブレーション治具に係り、とくに電子部品を回路基板上に実装する電子部品実装装置に適用して好適なキャリブレーション方法およびキャリブレーション治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子回路は絶縁材料から成る回路基板上に形成される。すなわち回路基板上に接合された銅箔をエッチングして所定の配線パターンを形成するとともに、その上に部品を実装し、部品の電極を配線パターンの接続ランドに半田付けし、これによって電子部品が互いに接続されて所定の電子回路が形成される。
【０００３】
このような回路基板上における部品の実装のために、電子部品実装装置が用いられる。実装装置はマウントヘッドを備え、このマウントヘッドの先端部に取付けられている吸着ノズルによって部品をパーツカセットから取出し、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向の運動の組合わせによって回路基板上の所定の位置にマウントするものである。
【０００４】
上記マウントヘッドの吸着ノズルによって部品が吸着保持されるときに、吸着ノズルの中心に対して部品の中心が常に一致するように吸着されるとは限らず、このために部品認識カメラによって部品の認識を行ない、吸着ノズルによる部品の吸着位置のずれを検出し、この検出に応じてＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびθ軸方向にそれぞれ補正を加えて回路基板上にマウントしている。従って上記のような補正のために、部品認識カメラを予め正しくキャリブレーションしておく必要がある。部品認識カメラのキャリブレーションが正しく行なわれない場合には、部品認識カメラによる画像認識それ自体が狂った状態で行なわれるために、回路基板上に実装する部品の実装位置に誤差を生ずる。
【０００５】
特開平５−１０７４６号公報には、回路基板上に装着すべき部品を所定の取出し位置に送込む部品供給装置と、取出し位置にある部品を吸着する部品吸着装置と、該部品吸着装置に吸着された部品を計測する計測装置と、部品吸着位置を回路基板上に移動させ、吸着部品を回路基板上の搭載位置に搭載する部品位置決め装置とを備えた表面実装機において、基準となる基板および部品を用いてキャリブレーションを行なう。ここで基板座標のキャリブレーションでは、部品吸着位置を基準基板上で位置のわかっている基準部品の上に移動させて基準部品を吸着し、その位置を計測する。この結果から部品位置決め装置の座標系における基準部品の位置を計算する。これを適宜の個数の基準部品について行なうことにより、部品位置決め装置の座標系と基板の座標系との関係を求める。
【０００６】
また特開平１１−２７４７９４号公報には、部品搭載位置表示用の模様が付されたダミー基板と、ガラス板等で部品の形状に対応する形状に形成されたダミー基板とを用いる。そしてダミー基板を実装機本体の基板設置位置に配置した状態で、ヘッドユニットにより吸着したダミー部品をダミー基板に搭載し、この搭載状態でダミー基板の模様に対するダミー部品の位置ずれを調べることにより、部品搭載状態を検査する。上記ダミー基板の模様の周辺部とダミー部品の周辺とには目盛を付しておき、上記の検査のときにダミー部品の位置ずれ量を計測する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特開平５−１０７４６号公報に開示されているキャリブレーション方法は、特定の治具基板を製作し、既知の位置に堀込みを入れて治具チップを置き、そこからノズルで吸上げることによりキャリブレーションを行なうものである。この場合に堀込みと治具チップのクリアランス以上にはキャリブレーション精度が望めないという欠点がある。また特定の治具基板を製作する必要があり、煩雑である。
【０００８】
特開平１１−２７４７９４号公報に開示されている治具部品は、ガラス板等の透明な板に印刷によって画像認識用のパターンを作ったものである。この場合にガラス等の材料で鏡面反射が画像認識の妨げになり、キャリブレーション精度の低下を招いたり、専用の治具基板が必要になる問題があった。
【０００９】
また従来の部品実装装置のキャリブレーションによれば、治具部品をそのままノズルで吸着してキャリブレーションを行なうだけであって、この場合には上記の配置誤差のみでなく、治具部品の精度誤差がそのままキャリブレーションに反映されて精度低下を招く問題があった。
【００１０】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、キャリブレーション用のワークが不要であるとともに、高精度のキャリブレーション精度を確保することが可能な部品実装装置のキャリブレーション方法およびキャリブレーション治具を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
キャリブレーション方法に関する主要な発明は、保持手段によって部品を保持するとともに、保持された部品の保持位置を部品認識カメラによって認識し、基準位置に対する部品の保持位置のずれ量を計算し、計算によって求められたずれ量だけ部品を保持する前記保持手段の移動目標位置に補正を加えることによって部品をワーク上の所定の位置に実装するようにした部品実装装置において、
ワーク上の任意の位置に置かれたキャリブレーション治具の位置を前記保持手段と一緒に移動するワーク認識カメラによって認識し、
次いで前記保持手段を前記キャリブレーション治具上に移動して該キャリブレーション治具を保持し、前記キャリブレーション治具の保持位置を前記部品認識カメラによって認識し、
前記部品認識カメラによる画像の基準位置と前記ワーク上の位置との合わせ込みを行なうことを特徴とする部品実装装置のキャリブレーション方法に関するものである。
【００１２】
ここで部品が電子部品であるとともに、ワークが回路基板であって、電子部品を回路基板上の所定の位置に実装するものであってよい。また保持手段が吸着ノズルであって、部品が吸着によって保持されることが好ましい。またキャリブレーションの動作を複数回行なうとともに、平均化することが好適である。また保持手段に対するキャリブレーション治具の向きを変えながら複数回行なって平均化することがより好ましい。
【００１３】
キャリブレーション治具に関する主要な発明は、板状体から成り、開口によって所定のパターンが形成され、該パターンが部品認識カメラによって画像認識されることを特徴とするキャリブレーション治具に関するものである。
【００１４】
ここでパターンが半導体素子のリードの形状とほぼ同一であってよい。また中心に対してほぼ対称に一対の基準マークが形成され、該基準マークがワーク認識カメラによって認識されることが好ましい。また表面が少なくとも一部の光を反射する第１の板状体と、黒色に表面処理された第２の板状体とを具備し、前記第１の板状体と前記第２の板状体とにそれぞれ開口が形成され、前記第１の板状体と前記第２の板状体とを重合わせたときに開口の重合う部分によって所定のパターンが形成され、前記第１の板状体側がワーク認識カメラで認識されるとともに、前記第２の板状体側が部品認識カメラで認識されるようにすることが好ましい。また第１の板状体に貫通孔から成る一対の基準マークが形成されるとともに、該基準マークを構成する貫通孔が第２の板状体によって閉塞されて部品認識カメラで認識されないようにすることが好ましい。
【００１５】
本願に含まれる発明の好ましい態様は、電子回路を形成するための電子部品をマウントヘッドのノズルで吸着し、吸着された電子部品を部品認識カメラで撮像し、画像処理よりその部品の吸着位置を認識し、画像上の基準位置に対する吸着ずれ量を計算し、そのずれ量分だけノズルの移動目標位置に補正を加えることにより電子部品をプリント基板の所定の位置に装着する電子部品装着装置において、プリント基板上の任意の位置に置かれた治具部品の位置をノズルと一緒に移動するヘッド部に取付けられたカメラを用いて位置検出し、その後ノズルを治具部品の上に移動して吸着し、治具部品の吸着位置を吸着位置検出用カメラを用いて検出することにより、部品カメラ上の基準位置とプリント基板上の位置との合わせ込みを行なうようにしたキャリブレーション方法に関するものである。ここで上記のキャリブレーションを治具部品の向きを変えながら複数回行ない、平均化することにより部品治具の加工精度の誤差をキャンセルすることができる。従ってこのようなキャリブレーション方法がより好適である。
【００１６】
上記キャリブレーションで用いられる治具部品は、薄板にエッチングもしくはレーザ加工で、カメラに映ったときに電子部品の電極と同じ形状になるパターンが加工され、またプリント基板上に置かれたときに基板カメラでその位置が検出できるような特徴を持つ治具部品である。
【００１７】
上記の態様によれば、キャリブレーション専用の治具基板が不要になる。またプリント基板上に置かれた治具チップの位置をカメラを用いて認識しながらノズルで吸上げることにより、メカ的な吸上げ位置の誤差が排除され、キャリブレーション精度が向上する。またキャリブレーション用治具部品を回転させながらキャリブレーション動作を行なうことによって、治具部品の加工精度誤差を排除できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図示の形態によって説明する。まずキャリブレーション方法が実施される部品実装装置の全体の構成を図１〜図３によって説明する。
【００１９】
図１に示すように部品実装装置はベース１０を備えるとともに、このベース１０上にはフレーム１１が架装されている。そしてその一方の側面にはパーツカセット装着台１２が設けられており、この装着台１２上にパーツカセット１３を配列して搭載するようにしている。図１においては単一のパーツカセット１３のみしか図示されていないが、実際にはそれぞれ異なる種類の部品を保持したテープをリールによって保持した多数のパーツカセット１３が一列に配されるようになる。そして上記パーツカセット１３の配置位置の前方には横方向に延びる搬送コンベア１４が設けられており、この搬送コンベア１４によって回路基板１５が供給される。
【００２０】
これに対してフレーム１１の下部にはＸ軸ユニット１７が取付けられるとともに、このＸ軸ユニット１７によってＸ軸方向に移動可能なＹ軸ユニット１８が設けられており、Ｙ軸ユニット１８によってＹ軸方向に移動自在にマウントヘッド１９が取付けられている。マウントヘッド１９はその先端側に図２に示すように吸着ノズル２０を備えており、この吸着ノズル２０によって部品を吸着保持し、上記回路基板１５上の所定の位置にマウントする。
【００２１】
次にマウントヘッド１９の構成について図２および図３により説明する。マウントヘッド１９はフレーム２３を備えるとともに、このフレーム２３にボールナット２４が回転自在に支持されている。そしてボールナット２４は垂直に配されるボールねじ２５と螺合されている。しかもボールナット２４にはプーリ２６が取付けられている。そしてフレーム２３上のモータ２８の出力軸２９にプーリ３０が取付けられている。ボールナット２４のプーリ２６とモータ２８の出力軸２９のプーリ３０との間にはタイミングベルト３１が掛渡されている。
【００２２】
先端部に吸着ノズル２０を備えるボールねじ２５はさらにスプラインナット３４と係合されている。スプラインナット３４は上記ボールナット２４の下側に位置し、しかもその外周部にプーリ３５を備えている。これに対して図３に示すモータ３６にはその出力軸にプーリ３７が固着されている。そしてスプラインナット３４のプーリ３５とモータ３６のプーリ３７との間にタイミングベルト３８が掛渡されている。
【００２３】
またフレーム２３にはブラケット４１を介してワーク認識カメラ４２が支持されている。ワーク認識カメラ４２は搬送コンベア１４によって送られてきた回路基板１５（図１参照）を上方から認識するためのものである。
【００２４】
また上記フレーム２３にはブラケット４５が固着されるとともに、このブラケット４５の先端側に横方向に延びるようにリニアガイド４６が取付けられている。そしてリニアガイド４６と平行にボールねじ４７もブラケットに支持されている。そしてアーム４８が上記ボールねじ４７と螺合するボールナット４９に固着されている。そしてアーム４８の先端側の部分にはミラー５０が取付けられている。またボールねじ４７にはプーリ５２が固着されている。また水平方向に配されたモータ５４の出力軸５５にはプーリ５６が固着されている。そしてボールナット４９のプーリ５２とモータ５４のプーリ５６との間にタイミングベルト５７が掛渡されている。またブラケット４５の側部にはさらに別のブラケット６０を介してミラー６１が支持されるとともに、このミラー６１の上部に部品認識カメラ６２が取付けられている。部品認識カメラ６２は吸着ノズル２０によって吸着された部品の下面の画像をミラー５０、６１によって反射させて取込み、画像認識を行なうためのものである。
【００２５】
上記ワーク認識カメラ４２および部品認識カメラ６２は図８に示すようにコントローラ６３に接続されている。コントローラ６３は上記のカメラ４２、６２によって取込まれた画像処理を行なうとともに、演算をするためのコンピュータを備えている。またコントローラ６３はＸ軸ユニット１７、Ｙ軸ユニット１８、モータ２８、３６、５４、および搬送コンベア１４をそれぞれ制御する。
【００２６】
このように本実施の形態の電子部品実装装置は、図１に示すように電子部品をテープによって巻装した状態で供給するパーツカセット１３と、回路基板１５を搬送する搬送コンベア１４と、電子部品をパーツカセット１３から取出して回路基板１５上の所定の位置に実装するためのマウントヘッド１９と、マウントヘッド１９を回路基板１５の所定の位置へ移動するためのＸ軸ユニット１７およびＹ軸ユニット１８とから構成されている。
【００２７】
そして上記マウントヘッド１９は図２および図３に示すように、電子部品を吸着するための吸着ノズル２０と、この吸着ノズル２０を上下方向に移動および回転させるためのスプライン付きボールねじ２５と、スプライン付きボールねじ２５のボールナット２４をタイミングベルト３１を介して回転させるためのモータ２８と、スプライン付きボールねじ２５のスプラインナット３４をタイミングベルト３８を介して回転させるためのモータ３６と、吸着ノズル２０に吸着された電子部品の位置を検出する第１のミラー５０、第２のミラー６１、および部品認識カメラ６２と、吸着ノズル２０が上下動するときにミラー５０を退避させるためのリニアガイド４６、ボールねじ４７、タイミングベルト５７を介してボールねじ４７を回転させるためのモータ５４、および電子部品を装着する回路基板１５の位置を検出する基板認識カメラ４２から構成される。
【００２８】
ここでモータ３６を駆動することなくスプラインナット３４を停止させた状態でモータ２８によってボールナット２４を回転させると、ボールねじ２５は回転することなく上下動する。従って吸着ノズル２０のＺ軸方向の運動が可能になる。これに対してモータ３６によってスプラインナット３４を回転させるとともに、モータ２８によって同じ角度でボールナット２４を回転させると、ボールねじ２５は上下動することなく回転運動のみを行なう。従ってこれにより吸着ノズル２０のθ軸の動作が行なわれる。
【００２９】
次にこのような実装装置による電子部品の実装動作の概要を説明する。回路基板１５は搬送コンベア１４によって搬送され、所定の位置で位置決めされる。するとこの実装装置はマウントヘッド１９をＸ軸ユニット１７およびＹ軸ユニット１８によってＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させ、回路基板１５上のフィデューシャルマークをマウントヘッド１９に設けられているワーク認識カメラ４２によって撮像してその位置を検出し、これによって回路基板１５の正確な位置を促らえる。このような動作によってワーク認識カメラ４２を何処に移動させれば電子部品を実装すべき位置の上に来るかが分る。ここでその座標を（Ｘ_p、Ｙ_p）とする。
【００３０】
その後にマウントヘッド１９は電子部品を供給するパーツカセット１３の部品取出し位置まで移動し、吸着ノズル２０を下降させて電子部品を真空吸着する。このときにミラー５０の位置は図４および図５に示すように吸着ノズル２０の上下動作エリアから退避した位置にある。そして吸着ノズル２０が電子部品を吸着した後にボールナット２４の回転によって所定の高さまで上昇し、その後にミラー５０が図３に示すように吸着ノズル２０の下まで移動する。すると吸着ノズル２０に吸着された電子部品の下面の映像がミラー５０、６１によって反射され、部品認識カメラ６２によって撮像される。
【００３１】
部品認識カメラ６２によって撮像された電子部品の位置に関する情報を用いて吸着時の電子部品のカメラ画像基準位置（通常は吸着ノズル２０の回転中心位置）からの位置ずれ量を検出する。この位置ずれ量を（△Ｘ_ｒ、△Ｙ_ｒ）とする。部品認識カメラ６２の画像基準位置に写った部品を装着したときの回路基板１５の位置とワーク認識カメラ４２の回路基板１５上の位置のオフセット分を（△Ｘ_ｔ、△Ｙ_ｔ）とすると、マウントヘッド１９は予めプログラムされた回路基板１５上の所定の位置に吸着時の位置ずれ量を補正した位置、すなわち（Ｘ_ｐ＋△Ｘ_ｔ−△Ｘ_ｒ、Ｙ_ｐ＋△Ｙ_ｔ−△Ｙ_ｒ）に移動する。
【００３２】
この後にミラー５０を図４に示すように退避させて図５に示すように吸着ノズル２０を下降させ、電子部品を回路基板１５上の所定の位置に装着する。従って部品認識カメラ６２の基準位置に対するワーク認識カメラ４２のオフセット分（△Ｘ_ｔ、△Ｙ_ｔ）をキャリブレーション作業によって取得しておく必要がある。
【００３３】
以下に実装装置の組立て誤差をも含めた方法であって、現実のオフセット量（△Ｘ_ｔ、△Ｙ_ｔ）を求めるキャリブレーションの治具および方法について説明する。図６Ａに示すような開口パターン６７をエッチングもしくはレーザ加工等によって形成した薄いステンレス板を用意する。ここでステレンス板６６のパターン６７の中心に対して対称に一対の基準孔６８を形成する。対角上に位置する丸穴から成る基準孔６８は回路基板１５上にこのキャリブレーション治具６５を置いたときに、ワーク認識カメラ４２によってキャリブレーション治具６５の位置を検出するための穴である。
【００３４】
キャリブレーション治具６５の位置のみを検出するのであれば、原理的にはこの基準孔６８はキャリブレーション治具６５のパターン６７の中心に１個所設ければよい。しかしながら基準孔６８を２個以上設け、複数の基準孔６８の位置から演算によってキャリブレーション治具６５の位置を求めることによって、１つずつの基準孔６８の加工誤差に影響されない高い精度の位置を検出することが可能になる。さらに基準孔６８を２個以上設けることによって、これら複数の基準孔６８の位置からキャリブレーション治具６５の面上の所定の位置を算出することが可能になり、例えばパターン６７の中心に対して対称に配置された一対の２個の基準孔６８を用いると、パターン６７の中心の位置をこれら２個の基準孔６８の中点として算出できる。従って吸着ノズル２０の吸着位置として、基準孔６８が加工されていない位置を指定することも可能になる。
【００３５】
図６Ａでは対角位置に加工したが、必ずしも基準孔６８の位置はこの場所に限定されない。またステンレス板６５に形成された角穴から成る開口６７の集まりは、吸着ノズル２０によって吸着した後に部品認識カメラ６２によって認識するための穴である。
【００３６】
図６Ａに示すステンレス板６６に図６Ｂに示すように黒く表面処理されしかも４つの矩形の開口パターン７０が四角形の４辺をなすように形成された黒色板６９を貼合わせることによって、図６Ｃおよび図６Ｄに示すようなキャリブレーション治具６５が得られる。ここでステンレス板６６側からキャリブレーション治具６５を見ると図６Ｃに示すようになり、これに対して黒色板６９側から部品照明用の照明装置によって光を当てて部品認識カメラ６２によって画像を取込むと、黒く表面処理された部分と穴が開口した部分とが黒くなり、これによって図６Ｅに示すようなＩＣのリードと同様な画像の合成パターン７１が得られる。この画像はＱＦＰ（ＱｕａｒｄＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）の形状と同一の画像である。
【００３７】
このようにして得られたキャリブレーション治具６５を、電子部品を装着する位置に予め位置決めされた回路基板１５上に図６Ｃに示すようにステンレス板６６の面が上になるように置く。このときにキャリブレーション治具６５を置く位置は、回路基板１５上の任意の位置であってよい。
【００３８】
次にワーク認識カメラ４２をキャリブレーション治具６５の一方の基準孔６８上に移動し、画像認識によって基準孔６８の検出を行なう。このときに基準孔６８の開いているステンレス板６６は光を良く反射するために、明るく映り、基準孔６８は背景の黒色板６９のために黒く映る。このように基準孔６８の背景に黒色板６９を配置したことによって、回路基板１５上のどこにキャリブレーション治具６５を置いても、回路基板のパターンが基準孔６８を通して映り込むことがなく、安定して基準孔６８の画像認識が可能になる。
【００３９】
以上の動作を他方の基準孔６８についても繰返し、２個所の基準孔６８の位置を順次検出する。ワーク認識カメラ４２はその視野が狭いために、キャリブレーション治具６５の一対の基準孔６８を同時に認識することができない。よって一方の基準孔６８を認識した後にマウントヘッド１９を移動させてもう一方の基準孔６８の認識を行なう。そして合成パターン７１の中心７１１の位置に対応する２個の基準孔６８の中点６８１を演算によって算出する。図７に、ワーク認識カメラ４２側から見たキャリブレーション治具６５および演算によって算出された中点６８１を模式的に示す。
【００４０】
この後にマウントヘッド１９の吸着ノズル２０をＸ軸ユニット１７およびＹ軸ユニット１８によって算出した中点６８１の位置に移動し、これによってキャリブレーション治具６５を吸着ノズル２０で吸着する。このときに吸着ノズル２０を移動する量は、設計上のオフセット量（△Ｘ_ｄ，△Ｙ_ｄ）を用いる。何故ならばまだキャリブレーションが終了していないために、現実のオフセット量（△Ｘ_ｔ，△Ｙ_ｔ）の正確な値が分らないからである。すなわちここでは、図８の左図に示したワーク認識カメラ４２側から見たキャリブレーション治具６５の模式図に示されるように、中点６８１の実際の位置からずれた便宜上のノズル吸着位置６８５へ吸着ノズル２０を移動し、キャリブレーション治具６５を吸着する。
【００４１】
吸着ノズル２０によって吸着されたキャリブレーション治具６５は図示されていない照明によって下側、すなわちキャリブレーション治具６５の黒色板６９の方から光が照射され、ミラー５０、６１を介して部品認識カメラ６２によって撮像される。そして撮像された画像が図６Ｅに示すようにＩＣのＱＦＰ形状のように見え、通常のＩＣの位置認識と同じアルゴリズムを利用してその吸着位置６８５を認識する。
【００４２】
またこのときに中点６８１に対応する合成パターン７１の中心７１１が認識される。従ってこれら２つの位置により、図８の右図に示した部品認識カメラ６２によるキャリブレーション治具６５の模式的な画像に示されるように、合成パターンの中心７１１、すなわち中点６８１と吸着位置６８５との間の位置ずれ量（△Ｘ_ｃ，△Ｙ_ｃ）６７５が求まる。現実のオフセット量（△Ｘ_ｔ，△Ｙ_ｔ）は、位置ずれ量（△Ｘ_ｃ，△Ｙ_ｃ）から次式によって算出される。
【００４３】
（△Ｘ_ｔ，△Ｙ_ｔ）＝（△Ｘ_ｄ−△Ｘ_ｃ，△Ｙ_ｄ−△Ｙ_ｃ）
以上に示したキャリブレーションの方法においては、ワーク認識カメラ４２によって検出した２個の基準孔６８の中点６８１の位置と、部品認識カメラ６２によって検出した合成パターン７１の中心７１１の位置とが一致していると仮定した。しかしながら現実には基準孔６８の加工誤差等のために、中点６８１と合成パターンの中心７１１の位置とは完全に一致せず、図９に示すように通常誤差（△Ｘ_ｅｒｒ，△Ｙ_ｅｒｒ）６７７を持つ。以下にこの誤差を持つ場合のキャリブレーションの方法について説明する。
【００４４】
２個の基準孔６８の中点６８１と合成パターン７１の中心７１１との間に誤差（△Ｘ_ｅｒｒ，△Ｙ_ｅｒｒ）６７７がある場合のキャリブレーションでは、図１０Ａ〜Ｄに示すように、キャリブレーション治具６５を回転させながら、それぞれの回転角において上述の誤差（△Ｘ_ｅｒｒ，△Ｙ_ｅｒｒ）６７７がない場合と同じ動作によって、合成パターン７１の中心７１１と吸着位置６８５との間の位置ずれ量（△Ｘ_ｃｉ，△Ｙ_ｃｉ）６７８を求める。
【００４５】
すなわちまずキャリブレーション治具６５の回転角度が０度であるときにおいて、ワーク認識カメラ４２によりキャリブレーション治具６５の一対の基準孔６８を認識し、その中点６８１を算出する。次いでマウントヘッド１９の吸着ノズル２０を、設計上のオフセット量（△Ｘ_ｄ，△Ｙ_ｄ）を用いて便宜上の位置６８５へ吸着ノズル２０を移動し、キャリブレーション治具６５を吸着ノズル２０によって吸着する。そして吸着した後に部品認識カメラ６２によって上記キャリブレーション治具６５を画像認識し、図１０Ａに示すように０度における位置ずれ量（△Ｘ_ｃｏ，△Ｙ_ｃｏ）６７８を求める。
【００４６】
以下同様にキャリブレーション治具６５の回転角度を９０度、１８０度、および２７０度に変更しながら、それぞれの位置ずれ量（△Ｘ_ｃ９０，△Ｙ_ｃ９０）、（△Ｘ_ｃ１８０，△Ｙ_ｃ１８０）および（△Ｘ_ｃ２７０，△Ｙ_ｃ２７０）を求める（図１０Ｂ〜Ｄ参照）。
【００４７】
図１０に示すようにキャリブレーション治具６５の合成パターン７１の中点７１１（位置ずれ量）は、このような動作によって、部品認識カメラ６２による画像上においては部品認識カメラ６２からは見えない基準孔６８の中点６８１に対応する位置を中心として９０度ずつ円弧を描きながら移動する。従ってこの円弧を合成して成る円形の軌跡の中心６８１と部品認識カメラ６２の基準位置（吸着ノズル２０の吸着位置６８５）との間のずれ量（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ）から、現実のオフセット量（△Ｘ_ｔ，△Ｙ_ｔ）は次式によって求められる。
【００４８】
（△Ｘ_ｔ，△Ｙ_ｔ）＝（△Ｘ_ｄ−Ｘ_ｃ，△Ｙ_ｄ−Ｙ_ｃ）
ここで、
Ｘ_ｃ＝（△Ｘ_ｃ０＋△Ｘ_ｃ９０＋△Ｘ_ｃ１８０＋△Ｘ_ｃ２７０）／４
Ｙ_ｃ＝（△Ｙ_ｃ０＋△Ｙ_ｃ９０＋△Ｙ_ｃ１８０＋△Ｙ_ｃ２７０）／４
である。
【００４９】
以上の例においては、キャリブレーション治具６５の回転角を０度、９０度、１８０度、および２７０度としたが、回転角度の組合わせはこれに限られるものではない。３個以上の回転角度で円形の軌跡の中心（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ）を求める回転角度の組合わせであれば、その内から好適な組合わせを選択すればよい。
【００５０】
なおキャリブレーション治具６５の一対の基準孔６８の中点は何処であってもよい。回転させたときにＱＦＰ形状、すなわち合成パターン７１は必ず上記中点を中心とする円軌跡を描く。よって円軌跡の中心を求め、この中心上に上記２点の中点を一致させる。従ってキャリブレーション治具６５の２つの基準孔６８の位置が何処であってもよい。
【００５１】
ステンレス板６６にＩＣ形状に映る合成パターン７１を作るには、黒く表面処理された黒色板６９によって余分な部分を隠す以外に、直接必要な部分にマスキングして表面処理によって余分な部分を黒くする方法がある。ところがマスキング精度を良くすることは非常に困難であって、図６に示すようにステンレス板６６と黒色板６９とを組合わせる方が優れている。
【００５２】
またガラス板にエッチング等によってＩＣのＱＦＰ形状のパターンを作り込むむことも可能だが、ガラス板の特性上、表面が鏡面反射を起して照明の映り込みが発生し、好ましくない。またワーク認識カメラ４２によって一対の基準孔６８を見るときには背景が透けて見えるために、専用の治具基板を使用する必要が生ずる。本実施の形態のような薄板を用いたキャリブレーション治具６５は、基準孔６８の後側の部分を黒く表面処理されたもう一方の黒色板６９が塞いでいるために、このキャリブレーション治具６５を置く場所を選ばず、専用の治具基板を必要としなくなる。
【００５３】
従って本実施の形態のキャリブレーション方法によれば、キャリブレーションに専用のワーク基板が不要になる。また回路基板１５上に置かれたキャリブレーション治具６５をワーク認識カメラ４２によって認識してから吸着ノズル２０で吸上げることによって、メカ的な吸上げ位置の誤差が排除され、キャリブレーション精度が向上する。またキャリブレーション治具６５を回転させながら複数回キャリブレーション動作を行なうことによって、キャリブレーション治具６５の加工精度誤差を排除できる。
【００５４】
【発明の効果】
キャリブレーション方法に関する主要な発明は、保持手段によって部品を保持するとともに、保持された部品の保持位置を部品認識カメラによって認識し、基準位置に対する部品の保持位置のずれ量を計算し、計算によって求められたずれ量だけ部品を保持する保持手段の移動目標位置に補正を加えることによって部品をワーク上の所定の位置に実装するようにした部品実装装置において、ワーク上の任意の位置に置かれたキャリブレーション治具の位置を保持手段と一緒に移動するワーク認識カメラによって認識し、次いで保持手段をキャリブレーション治具上に移動して該キャリブレーション治具を保持し、キャリブレーション治具の保持位置を部品認識カメラによって認識し、部品認識カメラによる画像の基準位置とワーク上の位置との合わせ込みを行なうようにしたものである。
【００５５】
従ってこのようなキャリブレーション方法によれば、キャリブレーション用ワークを用いることなく保持手段によって保持されるキャリブレーション治具のみによってキャリブレーションが行なわれる。これによって高精度のキャリブレーションが可能になる。
【００５６】
キャリブレーション治具に関する主要な発明は、板状体から成り、開口によって所定のパターンが形成され、該パターンが部品認識カメラによって画像認識されるようにしたものである。
【００５７】
従ってこのようなキャリブレーション治具を用いることによって、キャリブレーション用ワークを用いることなくしかも高精度のキャリブレーションを行なうことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】部品実装装置の全体の構成を示す斜視図である。
【図２】マウントヘッドを示す一部を破断した正面図である。
【図３】同マウントヘッドの側面図である。
【図４】ミラーを退避したときのマウントヘッドの側面図である。
【図５】吸着ノズルを下降させたときのマウントヘッドの側面図である。
【図６】キャリブレーション治具を示す平面図である。
【図７】キャリブレーション治具の中点を示す平面図である。
【図８】キャリブレーション治具によるキャリブレーションの動作を示す平面図である。
【図９】キャリブレーション治具の中点のずれを示す平面図である。
【図１０】キャリブレーション治具を回転させてキャリブレーションを行なう動作を示す平面図である。
【図１１】制御部のシステム構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０‥‥ベース、１１‥‥フレーム、１２‥‥パーツカセット装着台、１３‥‥パーツカセット、１４‥‥搬送コンベア、１５‥‥回路基板、１７‥‥Ｘ軸ユニット、１８‥‥Ｙ軸ユニット、１９‥‥マウントヘッド、２０‥‥吸着ノズル、２３‥‥フレーム、２４‥‥ボールナット、２５‥‥ボールねじ、２６‥‥プーリ、２８‥‥モータ、２９‥‥出力軸、３０‥‥プーリ、３１‥‥タイミングベルト、３４‥‥スプラインナット、３５‥‥プーリ、３６‥‥モータ、３７‥‥プーリ、３８‥‥タイミングベルト、４１‥‥ブラケット、４２‥‥ワーク認識カメラ、４５‥‥ブラケット、４６‥‥リニアガイド、４７‥‥ボールねじ、４８‥‥アーム、４９‥‥ボールナット、５０‥‥ミラー、５２‥‥プーリ、５４‥‥モータ、５５‥‥出力軸、５６‥‥プーリ、５７‥‥タイミングベルト、６０‥‥ブラケット、６１‥‥ミラー、６２‥‥部品認識カメラ、６３‥‥コントローラ、６５‥‥キャリブレーション治具、６６‥‥ステンレス板、６７‥‥開口（パターン）、６８‥‥基準孔、６９‥‥黒色板、７０‥‥開口（パターン）、７１‥‥合成パターン

Claims

保持手段によって部品を保持するとともに、保持された部品の保持位置を部品認識カメラによって認識し、基準位置に対する部品の保持位置のずれ量を計算し、計算によって求められたずれ量だけ部品を保持する前記保持手段の移動目標位置に補正を加えることによって部品をワーク上の所定の位置に実装するようにした部品実装装置において、
ワーク上の任意の位置に置かれ、第１の板状体と第２の板状体とにそれぞれ開口が形成され、前記第１の板状体と前記第２の板状体とを重合わせたときに前記開口の重合う部分によって所定のパターンが形成されたキャリブレーション治具の位置を前記保持手段と一緒に移動するワーク認識カメラによって認識し、
次いで前記保持手段を前記キャリブレーション治具上に移動して該キャリブレーション治具を保持し、回転させ、回転角度が異なる複数の回転位置で前記キャリブレーション治具の前記パターンを部品認識カメラによって認識し、認識したパターンの中心を検出し、回転位置毎の前記パターンの中心と前記基準位置とのずれ量の平均値で前記保持手段の移動目標位置を補正する部品実装装置のキャリブレーション方法。
部品が電子部品であるとともに、ワークが回路基板であって、電子部品を回路基板上の所定の位置に実装することを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置のキャリブレーション方法。
保持手段が吸着ノズルであって、部品が吸着によって保持されることを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置のキャリブレーション方法。
表面が少なくとも一部の光を反射する第１の板状体と、黒色に表面処理された第２の板状体とを具備し、前記第１の板状体と前記第２の板状体とにそれぞれ開口が形成され、前記第１の板状体と前記第２の板状体とを重合わせたときに開口の重合う部分によって所定のパターンが形成され、前記第１の板状体側がワーク認識カメラで認識されるとともに、前記第２の板状体側が部品認識カメラで認識され、前記第１の板状体に貫通孔からなる一対の基準マークが形成されるとともに、該基準マークを構成する貫通孔が前記第２の板状体によって閉塞されて部品認識カメラで認識されないように構成されたことを特徴とするキャリブレーション治具。
パターンが半導体素子のリードの形状とほぼ同一であることを特徴とする請求項４に記載のキャリブレーション治具。